指向科学思维素养培育的初中物理模型建构策略
摘要
关键词
初中物理;科学思维素养;模型建构;教学策略;思维培育
正文
物理模型作为一座桥梁,将物理现象和规律紧密相连,模型的建构过程则是培养学生科学思维的核心所在。初中时期是科学思维得以形成的重要阶段,在此阶段,需要突破传统模型教学中“被动接受”模式的限制,构建一种以思维发展为指引的建构策略。文章聚焦于物理模型建构的关键环节,探寻怎样凭借系统性的教学设计,使学生在进行建模的过程中,锻炼逻辑推理以及抽象概括等科学思维能力,实现知识掌握和素养提升的同步发展。
一、明确物理规律,筑牢建模认知根基
把物理的核心规律当作稳固的锚点,对规律和现象、概念之间潜藏的内在关联加以梳理,从而搭建起具有系统性的认知框架,引领学生穿透纷繁复杂的物理现象,提炼出其中的核心要素以及关键关系,让学生明白模型建构的实质是对物理规律进行简化且具象化的表达[1]。借助对规律内涵开展深入的解读,增强学生对于物理量、公式、条件限制等核心内容的精准掌握程度,明晰建模的逻辑起始点以及核心依据。着重引导学生构建起“现象—规律—模型”认知链,为模型的建构给予稳固的知识支撑以及明确的思维导向,以此保障建模过程具备应有的科学性与严谨性。
比如教学《欧姆定律》时,教师可以先组织开展分组实验,在实验过程中让学生借助调节滑动变阻器的方式改变电阻,详细记录下多组电压以及电流的数据之后,引导学生对这些数据之间的定量关系展开分析,进而归纳总结出“导体中的电流与电压成正比、与电阻成反比”这一核心规律。在总结出核心规律之后接着通过绘制图表的形式,系统地梳理电流(I)、电压(U)、电阻(R)的定义、对应的单位以及所使用的测量工具,运用思维导图将这三者之间的内在关联清晰地呈现出来,着重强调“同一导体、温度保持不变”这一规律的适用条件。基于此条件,引入电路符号体系,引领学生把抽象的规律转变为具体可感的“串联电路模型”,运用符号表示电源、电阻、电流表等元件,借助公式I=U/R搭建起模型中物理量的运算联系,同时设计“规律—模型”对应的详单,使学生清楚地认识到规律是模型的关键依据,模型是规律的直观呈现。
二、创新建构流程,激活科学思维动能
搭建起“抽象提炼、假设简化、逻辑推导、模型验证”的建构流程,循序渐进地引领学生投身于建模的整个过程。在抽象提炼环节,培养学生具备去粗取精特点的思维能力;在假设简化环节,砥砺学生拥有科学抽象以及合理取舍特质的思维品质;在逻辑推导环节,增强学生演绎推理和逻辑串联方面的能力;在模型验证环节,提高学生批判性思维以及反思优化的意识。借助分步拆解以及梯度引导的方式,使学生在积极主动地参与过程当中掌握建模的方法[2]。与此同时,设计具备思维进阶性质的任务,推动学生由模仿建构这种方式朝向自主创新建构的方向转变,从而激发科学思维内部潜藏的发展动力。
比如教学《光的传播》时,教师可以依照阶梯式的流程引导学生进行建模,在抽象提炼环节,教师播放光在不同介质(如空气、水、玻璃)中传播的实验视频,之后让学生以小组形式展开讨论,提炼其中的共同特征,进而总结出“光沿直线传播”这一核心属性。在假设简化环节,教师提出一个简化方案即“忽略光的色散、衍射等次要因素,把光源抽象成点光源,将光的传播路径抽象为带箭头的直线(也就是光线)”并且引导学生对该简化方案的合理性进行讨论。在逻辑推导环节,教师让学生运用光线模型解释诸如影子形成、小孔成像等现象,通过绘制光路图实现逻辑串联。在模型验证环节,教师为学生提供激光笔、烟雾发生器、玻璃砖等实验器材,让学生自行设计实验,观察光的传播路径,以此验证模型的准确性。与此同时鼓励学生提出优化建议,如补充“光线无法穿透不透明物体”“光在同种均匀介质中传播方向保持不变”等模型限定条件,以此培养学生的批判性思维。
三、联动实践应用,提升建模核心素养
把模型建构跟物理实践应用进行有机地结合,借助解决现实中的物理问题检验并且加深对模型的认知,引领学生利用所建构的物理模型剖析实际情境、阐释现象的本质、预估发展的走向,实现模型从“理论层面的建构”到“实践方面的应用”的转变。注重在应用中引导学生留意模型的适用情况与局限之处,培养灵活调整模型的思维的灵活性以及创新性[3]。凭借实践应用过程中对问题的解决以及思维间的激烈碰撞,使学生把建模方法转化为一种稳固的科学思维习惯,实现科学思维素养全方位的提升以及切实的落地。
比如教学《声音的产生与传播》时,教师可以设计“教室隔音方案优化”真实实践任务。首先,引导学生回顾“声音是依靠振动产生、借助介质传播”这一核心知识模型,将影响声音传播的重要因素(如介质的种类、厚度以及密度等)梳理出来。接下来,教师要让学生以小组的形式调研教室噪声的来源以及传播的途径,运用所学的知识模型预估不同隔音材料(如棉花、泡沫、隔音板、中空玻璃等)的隔音效果,从而制定出初步的方案。随后,向学生提供分贝测量仪器以及各类不同的材料样本,引导学生借助实验的方式针对不同材料的隔音分贝数值展开测量工作。之后,把先前的预测情况与此次实验所得到的结果进行对比,分析深入探究模型应用过程中出现偏差的根本原因。最后激励学生充分结合模型自身存在的局限性,对现有的方案做出调整,如增添“将材料进行分层组合”“对缝隙加以密封处理”等具有优化作用的策略,让学生在实践活动当中更为深刻地理解模型的本质内涵,有效提升科学思维的灵活程度以及解决实际问题的能力。
结语
指向科学思维素养培育的初中物理模型建构,需把规律认知当作根基、将流程创新作为支撑、以实践应用作为拓展,三者进行有机地联动构成一个完整的育人体系。在这一过程当中,不但可以协助学生掌握物理知识以及建模的方法,而且更可以磨炼科学思维的核心品质。未来教学中,要不断地对建构策略加以优化,留意学生思维发展存在的个体差别,让模型建构切实成为培养科学思维的有效途径,推动学生形成适应终身发展所需要的关键能力以及必要品格。
参考文献:
[1]张定而.基于培养科学思维素养的初中物理模型建构策略[J].数理化解题研究,2023(14):80-82.
[2]龚良雄.核心素养背景下初中物理模型建构能力的培养[J].中学课程辅导,2025,(29):6-8.
[3]柳瑶瑶.培养初中生物理建构模型能力的思考[J].物理通报,2024,(10):44-47.
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